问题 解答题

已知函数f(x)=lnx+ax2+bx(其中a,b)为常数且a≠0)在x=1处取得极值.

(I) 当a=1时,求f(x)的单调区间;

(II) 若f(x)在(0,e]上的最大值为1,求a的值.

答案

(I)因为f(x)=lnx+ax2+bx所以f′(x)=

1
x
+2ax+b,…(2分)

因为函数f(x)=lnx+ax2+bx在x=1处取得极值

f′(1)=1+2a+b=0…(3分)

当a=1时,b=-3,f′(x)=

2x2-3x+1
x

f′(x),f(x)随x的变化情况如下表:

x(0,
1
2
1
2
1
2
,1)
1(1,+∞)
f′(x)+0-0+
f(x) 极大值 极小值
…(5分)

所以f(x)的单调递增区间为(0,

1
2
),(1,+∞)

单调递减区间为(

1
2
,1)…(6分)

(II)因为f′(x)=

(2ax-1)(x-1)
x

令f′(x)=0,x1=1,x2=

1
2a
…(7分)

因为f(x)在 x=1处取得极值,所以x2=

1
2a
≠x1=1,

1
2a
<0时,f(x)在(0,1)上单调递增,在(1,e]上单调递减

所以f(x)在区间(0,e]上的最大值为f(1),

令f(1)=1,解得a=-2…(9分)

当a>0,x2=

1
2a
>0

1
2a
<1时,f(x)在(0,
1
2a
)上单调递增,(
1
2a
,1)上单调递减,(1,e)上单调递增

所以最大值1可能在x=

1
2a
或x=e处取得

而f(

1
2a
)=ln
1
2a
+a(
1
2a
2-(2a+1)
1
2a
=ln
1
2a
-
1
4a
<0

所以f(e)=lne+ae2-(2a+1)e=1,解得a=

1
e-2
…(11分)

当1≤

1
2a
<e时,f(x)在区间(0,1)上单调递增,(1,
1
2a
)上单调递减,(
1
2a
,e)上单调递增

所以最大值1可能在x=1或x=e处取得

而f(1)=ln1+a-(2a+1)<0

所以f(e)=lne+ae2-(2a+1)e=1,

解得a=

1
e-2
,与1<x2=
1
2a
<e矛盾…(12分)

当x2=

1
2a
≥e时,f(X)在区间(0,1)上单调递增,在(1,e)单调递减,

所以最大值1可能在x=1处取得,而f(1)=ln1+a-(2a+1)<0,矛盾

综上所述,a=

1
e-2
或a=-2.…(13分)

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